CYCLES SÉDIMENTAIRES: CARACTÉRISTIQUES, ÉTAPES ET EXEMPLES - GÉOGRAPHIE - 2025

Les cycles sédimentaires font référence à l'ensemble des étapes qui passent certains éléments minéraux présents dans la croûte terrestre. Ces phases impliquent une séquence de transformations formant une série chronologique circulaire qui se répète sur de longues périodes.

Ce sont des cycles biogéochimiques dans lesquels le stockage de l'élément se produit principalement dans la croûte terrestre. Parmi les éléments minéraux soumis aux cycles sédimentaires figurent le soufre, le calcium, le potassium, le phosphore et les métaux lourds.

Cycle lithologique. 1 = magma; 2 = cristallisation (refroidissement de la roche); 3 = roche ignée; 4 = érosion; 5 = sédimentation; 6 = sédiments et roches sédimentaires; 7 = tectonique et métamorphisme; 8 = roche métamorphique; 9 = fusion. Source: Woudloper / Woodwalker

Le cycle commence par l'exposition de roches contenant ces éléments du plus profond de la croûte vers ou près de la surface. Ces roches sont ensuite soumises aux intempéries et subissent des processus d'érosion sous l'action de facteurs atmosphériques, hydrologiques et biologiques.

Le matériau érodé est transporté par l'eau, la gravité ou le vent vers une sédimentation ou un dépôt ultérieur du matériau minéral sur le substrat. Ces couches de sédiments s'accumulent sur des millions d'années et subissent des processus de compactage et de cimentation.

De cette manière, la lithification des sédiments se produit, c'est-à-dire leur transformation en roche solide à de grandes profondeurs. De plus, dans les phases intermédiaires des cycles sédimentaires, se produit également une phase biologique qui consiste en une solubilisation et une absorption par les organismes vivants.

Selon le minéral et les circonstances, ils peuvent être absorbés par les plantes, les bactéries ou les animaux, passant aux réseaux trophiques. Ensuite, les minéraux seront excrétés ou libérés par la mort de l'organisme.

caractéristiques

Les cycles sédimentaires constituent l'un des trois types de cycles biogéochimiques et sont caractérisés parce que la principale matrice de stockage est la lithosphère. Ces cycles ont leur propre discipline d'étude, appelée sédimentologie.

Temps d'un cycle

Les cycles sédimentaires sont caractérisés par le fait que le temps nécessaire pour terminer les différentes étapes est très long, même mesuré en millions d'années. En effet, ces minéraux restent incrustés dans les roches pendant de longues périodes à de grandes profondeurs dans la croûte terrestre.

Étapes des cycles sédimentaires

Il est important de ne pas perdre de vue qu'il ne s'agit pas d'un cycle dont les étapes suivent une séquence stricte. Certaines phases peuvent être interchangées ou présentées plusieurs fois tout au long du processus.

- Exposition

Les roches formées à certaines profondeurs de la croûte terrestre sont soumises à différents processus diastrophiques (fractures, plis et élévations) qui finissent par les emmener vers ou près de la surface. De cette manière, ils sont exposés à l'action de facteurs environnementaux, qu'ils soient édaphiques, atmosphériques, hydrologiques ou biologiques.

Le diastrophisme est le produit des mouvements de convection du manteau terrestre. Ces mouvements génèrent également des phénomènes volcaniques qui exposent les roches de manière plus dramatique.

- Vieillissement

Une fois la roche exposée, elle subit une altération (décomposition de la roche en fragments plus petits) avec ou sans modification de sa composition chimique ou minéralogique. L'altération est un facteur clé dans la formation du sol et peut être physique, chimique ou biologique.

Physique

Dans ce cas, les facteurs qui provoquent la rupture de la roche n'altèrent pas sa composition chimique, seulement des variables physiques telles que le volume, la densité et la taille. Ceci est causé par différents agents physiques tels que la pression et la température. Dans le premier cas, le relâchement de la pression et son exercice sont des causes de ruptures de roches.

Érosion. Source: Prince Roy, Taipei

Par exemple, lorsque les roches émergent du plus profond de la croûte, elles relâchent la pression, se dilatent et se fissurent. De son côté, les sels accumulés dans les fissures exercent également une pression lors de la recristallisation, approfondissant les fractures.

De plus, les variations de température quotidiennes ou saisonnières provoquent des cycles d'expansion et de contraction qui finissent par briser les roches.

Chimie

Cela modifie la composition chimique des roches dans le processus de désintégration parce que des agents chimiques agissent. Parmi ces agents chimiques impliqués figurent l'oxygène, la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone.

Ils provoquent diverses réactions chimiques qui affectent la cohésion de la roche et la transforment, notamment l'oxydation, l'hydratation, la carbonatation et la dissolution.

Biologique

Les agents biologiques agissent par une combinaison de facteurs physiques et chimiques, y compris la pression, la friction et d'autres parmi les premiers. Alors que les agents chimiques sont les sécrétions d'acides, d'alcalis et d'autres substances.

Par exemple, les plantes sont des agents d'altération très efficaces, brisant les roches avec leurs racines. C'est grâce à la fois à l'action physique de la croissance radicale et aux sécrétions qu'ils émettent.

- l'érosion

L'érosion agit à la fois directement sur la roche et sur les produits de l'altération, y compris le sol formé. D'autre part, il s'agit du transport de la matière érodée, le même agent d'érosion étant le moyen de transport et pouvant être à la fois le vent et l'eau.

Érosion. Source: Carl Wycoff

L'érosion gravitationnelle est également notée, lorsque le déplacement et l'usure du matériau se produisent sur des pentes raides. Dans le processus érosif, le matériau est fragmenté en particules minérales encore plus petites, susceptibles d'être transportées sur de longues distances.

Le vent

L'action érosive du vent est exercée à la fois par la traînée et par l'usure, qui à son tour exerce les particules entraînées sur d'autres surfaces.

L'eau

L'érosion hydrique agit à la fois par l'action physique de l'impact des eaux de pluie ou des courants de surface, ainsi que par action chimique. Un exemple extrême de l'effet érosif des précipitations est celui des pluies acides, en particulier sur les roches calcaires.

- Transport

Les particules minérales sont transportées par des agents tels que l'eau, le vent ou la gravité sur de longues distances. Il est important de prendre en compte que chaque moyen de transport a une capacité de charge définie, en termes de taille et de quantité de particules.

Par gravité, même de grosses roches, même légèrement altérées, peuvent se déplacer, tandis que le vent transporte de très petites particules. De plus, l'environnement détermine la distance, car la gravité transporte de grosses roches sur de courtes distances, tandis que le vent déplace de petites particules sur d'énormes distances.

L'eau, pour sa part, peut transporter une large gamme de tailles de particules, y compris de grosses roches. Cet agent peut transporter les particules sur des distances courtes ou extrêmement longues, selon le débit.

- Sédimentation et accumulation

Il consiste en le dépôt du matériau transporté, dû à une diminution de la vitesse du moyen de transport et à la gravité. En ce sens, une sédimentation fluviale, marémotrice ou sismique peut se produire.

Sédimentation. Source: Calogerogalati

Le relief de la Terre étant constitué d'un gradient qui va des altitudes maximales au fond marin, c'est là que se produit la plus grande sédimentation. Au fil du temps, les couches de sédiments s'accumulent les unes sur les autres.

- Solubilisation, absorption et libération biologique

Une fois que l'altération du matériau rocheux s'est produite, la dissolution des minéraux libérés et leur absorption par les êtres vivants est possible. Cette absorption peut être réalisée par les plantes, les bactéries ou même directement par les animaux.

Les plantes sont consommées par les herbivores et celles-ci par les carnivores, et toutes par des décomposeurs, les minéraux faisant partie des réseaux trophiques. De même, il existe des bactéries et des champignons qui absorbent directement les minéraux et même les animaux, comme les aras qui consomment de l'argile.

- Lithification

Le cycle s'achève avec la phase de lithification, c'est-à-dire avec la formation d'une nouvelle roche. Cela se produit lorsque les minéraux se déposent en formant des couches successives qui s'accumulent en exerçant une pression énorme.

Les couches plus profondes de la croûte sont compactées et cimentées pour former de la roche solide et ces couches seront à nouveau soumises à des processus diastrophiques.

Compactage

Produit de la pression exercée par les couches sédimentaires qui s'accumulent dans les phases successives de sédimentation, les couches inférieures sont compactées. Cela implique que les pores ou espaces qui existent entre les particules de sédiments sont réduits ou disparaissent.

Cimentation

Ce processus consiste en un dépôt de substances cimentaire entre les particules. Ces substances, telles que la calcite, les oxydes, la silice et autres, cristallisent et cimentent le matériau en roche solide.

Exemples de cycles sédimentaires

- Cycle du soufre sédimentaire

Le soufre est un composant essentiel de certains acides aminés tels que la cystine et la méthionine, ainsi que des vitamines telles que la thiamine et la biotine. Son cycle sédimentaire comprend une phase gazeuse.

Ce minéral entre dans le cycle en raison de l'altération des roches (ardoise et autres roches sédimentaires), de la décomposition de la matière organique, de l'activité volcanique et des apports industriels. L'exploitation minière, l'extraction de pétrole et la combustion de combustibles fossiles sont également des sources de soufre dans le cycle.

Les formes de soufre dans ces cas sont les sulfates (SO4) et le sulfure d'hydrogène (H2S); les sulfates sont à la fois dans le sol et dissous dans l'eau. Les sulfates sont absorbés et assimilés par les plantes à travers leurs racines et passent dans les réseaux trophiques.

Lorsque les organismes meurent, des bactéries, des champignons et d'autres décomposeurs agissent, libérant du soufre sous forme de sulfure d'hydrogène gazeux qui passe dans l'atmosphère. Le sulfure d'hydrogène est rapidement oxydé par mélange avec de l'oxygène, formant des sulfates qui précipitent au sol.

Bactéries soufrées

Les bactéries anaérobies agissent dans les boues des marais et dans la décomposition de la matière organique en général. Ces derniers traitent le SO4 générant du H2S gazeux qui est rejeté dans l'atmosphère.

Pluie acide

Il se forme grâce à des précurseurs tels que le H2S, émis dans l'atmosphère par l'industrie, des bactéries soufrées et des éruptions volcaniques. Ces précurseurs réagissent avec la vapeur d'eau et forment du SO4 qui précipite ensuite.

- Cycle du calcium sédimentaire

Le calcium se trouve dans les roches sédimentaires formées sur les fonds marins et lacustres grâce aux apports d'organismes pourvus de coquilles calcaires. De même, il y a du calcium ionisé libre dans l'eau, comme dans les océans à des profondeurs supérieures à 4 500 m où le carbonate de calcium est dissous.

Les roches riches en calcium telles que le calcaire, la dolomite et la fluorite, entre autres, sont altérées et libèrent du calcium. L'eau de pluie dissout le CO2 atmosphérique, ce qui donne de l'acide carbonique qui facilite la dissolution de la roche calcaire, libérant du HCO 3– et du Ca 2+.

Le calcium sous ces formes chimiques est transporté par l'eau de pluie dans les rivières, les lacs et les océans. C'est le cation le plus abondant dans le sol à partir duquel les plantes l'absorbent tandis que les animaux le prennent aux plantes ou directement dissous dans l'eau.

Le calcium est une partie essentielle des coquilles, des exosquelettes, des os et des dents, donc quand il meurt, il est réintégré dans l'environnement. Dans le cas des océans et des lacs, il sédimente au fond et les processus de lithification forment de nouvelles roches calcaires.

- Cycle du potassium sédimentaire

Le potassium est un élément fondamental du métabolisme cellulaire, car il joue un rôle important dans la régulation osmotique et la photosynthèse. Le potassium fait partie des minéraux du sol et des roches, étant des sols argileux riches en ce minéral.

Les processus d'altération libèrent des ions potassium solubles dans l'eau qui peuvent être absorbés par les racines des plantes. Les humains ajoutent également du potassium au sol dans le cadre des pratiques de fertilisation des cultures.

À travers les légumes, le potassium est distribué dans les réseaux trophiques, puis, sous l'action des décomposeurs, il retourne dans le sol.

- Cycle du phosphore sédimentaire

Les principales réserves de phosphore se trouvent dans les sédiments marins, les sols, les roches phosphatées et le guano (excréments d'oiseaux de mer). Son cycle sédimentaire commence par des roches phosphatées qui, lorsqu'elles s'altèrent et s'érodent, libèrent des phosphates.

De même, les humains incorporent des quantités supplémentaires de phosphore dans le sol en appliquant des engrais ou des engrais. Les composés phosphoreux sont entraînés avec le reste des sédiments par la pluie vers les courants d'eau et de là vers l'océan.

Ces composés sédimentent en partie et une autre partie est incorporée dans les réseaux trophiques marins. L'une des boucles du cycle se produit lorsque le phosphore dissous dans l'eau de mer est consommé par le phytoplancton, à son tour par les poissons.

Les poissons sont ensuite consommés par les oiseaux de mer, dont les excréments contiennent de grandes quantités de phosphore (guano). Le guano est utilisé par les humains comme engrais organique pour fournir du phosphore aux cultures.

Le phosphore qui reste dans les sédiments marins subit des processus de lithification, formant de nouvelles roches phosphatées.

- Cycle sédimentaire des métaux lourds

Les métaux lourds comprennent certains qui remplissent des fonctions essentielles à la vie, comme le fer, et d'autres qui peuvent devenir toxiques, comme le mercure. Parmi les métaux lourds, il y a plus de 50 éléments tels que l'arsenic, le molybdène, le nickel, le zinc, le cuivre et le chrome.

Certains, comme le fer, sont abondants, mais la plupart de ces éléments se trouvent en quantités relativement faibles. En revanche, dans la phase biologique de leur cycle sédimentaire, ils peuvent s'accumuler dans les tissus vivants (bioaccumulation).

Dans ce cas, comme ils ne sont pas faciles à éliminer, leur accumulation augmente le long des chaînes alimentaires causant de graves problèmes de santé.

Sources

Les métaux lourds proviennent de sources naturelles, en raison de l'altération des roches et de l'érosion des sols. Il existe également des contributions anthropiques importantes à travers les émissions industrielles, la combustion de combustibles fossiles et les déchets électroniques.

Cycle sédimentaire général

De manière générale, les métaux lourds suivent un cycle sédimentaire qui part de leur source principale, qui est la lithosphère, et traversent l'atmosphère, l'hydrosphère et la biosphère. Les processus d'altération libèrent des métaux lourds dans le sol et de là, ils peuvent polluer l'eau ou envahir l'atmosphère à travers la poussière soufflée par le vent.

L'activité volcanique contribue également à l'émission de métaux lourds dans l'atmosphère et la pluie les transporte de l'air vers le sol et de celui-ci vers les plans d'eau. Les sources intermédiaires forment des boucles dans le cycle en raison des activités humaines susmentionnées et de l'entrée de métaux lourds dans les réseaux trophiques.

Références

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